基于專題任務(wù)的水電調(diào)度專業(yè)研究生培養(yǎng)模式探討

申建建 程春田 武新宇 李剛 廖勝利

摘 要 隨著我國(guó)水電進(jìn)入大規(guī)模調(diào)度運(yùn)行階段，水電專業(yè)人才需求變得尤為強(qiáng)烈，特別是對(duì)研究生的理論和實(shí)踐能力提出更高的要求。為此，設(shè)計(jì)了一種基于專題任務(wù)的水電調(diào)度專業(yè)研究生培養(yǎng)模式，圍繞實(shí)際工程課題，從任務(wù)設(shè)計(jì)、專業(yè)理論學(xué)習(xí)、研究與開發(fā)、關(guān)鍵問(wèn)題討論、成果評(píng)價(jià)等方面給出了詳盡的專題實(shí)施方案。提出的培養(yǎng)模式有助于深化研究生對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解，提高工程實(shí)踐能力，可以為改善我國(guó)研究生培養(yǎng)水平提供一種可行的思路。

關(guān)鍵詞 水電調(diào)度 專題任務(wù) 研究生 培養(yǎng)模式

中圖分類號(hào)：G643.0文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Discussion on Hydroelectric Scheduling Postgraduate

Training Mode Based on Thematic Mandates

SHEN Jianjian， CHENG Chuntian， WU Xinyu， LI Gang， LIAO Shengli

（Hydropower and Water Information Institute， Dalian University of Technology， Dalian， Liaoning 116024）

Abstract As China enters a large-scale hydropower dispatching stage， hydropower professionals become particularly strong demand， especially in the theory and practice of graduate students put forward higher requirements. For this reason， the design of a hydroelectric scheduling postgraduate training mode thematic mandates around practical engineering problems， from the task design， professional study of theory， research and development， the key issues discussed， given the results of a detailed evaluation of other aspects of the implementation of the thematic program. Training model proposed will help to deepen the understanding of graduate professional knowledge and improve the ability of engineering practice; can provide a viable idea for improving the training level of our students.

Key words hydropower scheduling; thematic mandates; postgraduates; training model

我國(guó)實(shí)行研究生教育改革10多年來(lái)，已經(jīng)培養(yǎng)了大批高層次人才，為經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。然而，隨著研究生招生規(guī)模的急劇擴(kuò)大，傳統(tǒng)的針對(duì)小規(guī)模研究生的培養(yǎng)模式已很難滿足當(dāng)前的教育現(xiàn)狀，研究生的培養(yǎng)質(zhì)量暴露出許多亟待解決的問(wèn)題，尤其對(duì)于工程應(yīng)用類專業(yè)，如何提高研究生的理論和實(shí)踐水平是非常棘手和緊迫的問(wèn)題之一，解決好這一問(wèn)題對(duì)全面提升我國(guó)工程技術(shù)和管理人員的整體水平，保障工程安全可靠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

水電作為我國(guó)電力工業(yè)長(zhǎng)期發(fā)展的主要方針，在過(guò)去10年間實(shí)現(xiàn)了高速發(fā)展，三峽、龍灘、小灣、糯扎渡、溪洛渡、向家壩等一大批巨型水電站相繼投入運(yùn)行，標(biāo)志著我國(guó)已經(jīng)邁入了大規(guī)模水電系統(tǒng)運(yùn)行和管理階段，與此同時(shí)水電專業(yè)人才需求也變得非常強(qiáng)烈。水電調(diào)度專業(yè)有典型的工程應(yīng)用特色，對(duì)工程技術(shù)和管理人員的專業(yè)知識(shí)特別是實(shí)踐能力要求很高，隨著水電調(diào)度和管理越來(lái)越復(fù)雜，現(xiàn)階段人才的需求也轉(zhuǎn)移到碩士和博士等高層次研究人員，因而對(duì)研究生的培養(yǎng)提出了更高的要求。本文結(jié)合作者在研究生教育培養(yǎng)中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，介紹了一種基于專題任務(wù)的水電調(diào)度專業(yè)研究生培養(yǎng)模式，圍繞實(shí)際工程課題，從任務(wù)設(shè)計(jì)、專業(yè)理論學(xué)習(xí)、研究與開發(fā)、關(guān)鍵問(wèn)題討論、成果評(píng)價(jià)等方面給出了詳盡的專題實(shí)施方案。經(jīng)過(guò)兩年的實(shí)踐檢驗(yàn)，提出的培養(yǎng)模式確實(shí)有助于深化研究生對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解，提高工程實(shí)踐能力，可以為改善我國(guó)研究生培養(yǎng)水平提供一種可行的思路。

1 水電調(diào)度專業(yè)研究生專題培養(yǎng)模式概述

正如上文所提及的，水電調(diào)度專業(yè)的研究生培養(yǎng)在注重深化專業(yè)理論知識(shí)的同時(shí)，需要更加重視工程實(shí)踐應(yīng)用，這對(duì)當(dāng)前我國(guó)大多數(shù)高校普遍采用的“課本化”教學(xué)培養(yǎng)方式提出了很大挑戰(zhàn)。本文基于專題任務(wù)的培養(yǎng)模式就是立足于我國(guó)水電調(diào)度和管理現(xiàn)在和長(zhǎng)遠(yuǎn)需求提出的，這種模式依托巨型水電站水庫(kù)、特大流域梯級(jí)水電站群，以及省級(jí)和區(qū)域電網(wǎng)水電系統(tǒng)等代表性工程，針對(duì)工程實(shí)際中面臨的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)難題和應(yīng)用問(wèn)題，構(gòu)建具體的專題任務(wù);同時(shí)結(jié)合專題特點(diǎn)，分組分階段進(jìn)行特定專題任務(wù)的研究與開發(fā)，以此強(qiáng)化研究生的理論知識(shí)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣，加快專業(yè)入門速度，更重要的是可以依托具體專題任務(wù)，將理論與工程實(shí)踐緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)活學(xué)活用，提高研究生的整體專業(yè)素養(yǎng)。

2 專題培養(yǎng)模式的實(shí)施方案

2.1 專題任務(wù)設(shè)計(jì)

專題任務(wù)的設(shè)計(jì)需要緊跟當(dāng)前水電系統(tǒng)調(diào)度的前沿方向、涵蓋重要的基礎(chǔ)理論知識(shí)，同時(shí)需要兼顧研究生的專業(yè)知識(shí)水平，目的是激發(fā)學(xué)生對(duì)專題任務(wù)和解決實(shí)際問(wèn)題的興趣，同時(shí)也不會(huì)因?yàn)閷ｎ}任務(wù)難度過(guò)大、方向過(guò)時(shí)無(wú)法調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極主動(dòng)性。

首先專題任務(wù)的來(lái)源是我國(guó)西南地區(qū)巨型水電站、流域梯級(jí)水電站群、以及電網(wǎng)水電系統(tǒng)等實(shí)際工程，由于電網(wǎng)水電系統(tǒng)規(guī)模較大，且調(diào)度問(wèn)題復(fù)雜，所以一般選擇具有代表性的巨型水電站或者流域干流梯級(jí)水電站群作為任務(wù)研究對(duì)象，如龍灘、小灣、糯扎渡、溪洛渡等巨型水電站，以及紅水河流域、瀾滄江流域、金沙江流域等。

第二，在研究對(duì)象確定后，按照水電調(diào)度的問(wèn)題類型劃分專題任務(wù)，大致包括優(yōu)化調(diào)度規(guī)則、中長(zhǎng)期優(yōu)化調(diào)度、短期優(yōu)化調(diào)度、實(shí)時(shí)調(diào)度和梯級(jí)AGC策略、廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等幾大類主要問(wèn)題。

第三，按照由易至難的順序，設(shè)計(jì)各個(gè)專題任務(wù)的分階段實(shí)施計(jì)劃，基本遵循從單庫(kù)到梯級(jí)、從單目標(biāo)到多目標(biāo)的思路確定各階段的具體研究問(wèn)題。例如對(duì)于中長(zhǎng)期優(yōu)化調(diào)度專題，第一階段主要研究單一龍頭水庫(kù)的年度或季度的調(diào)度決策方案，采用發(fā)電量最大作為優(yōu)化目標(biāo);第二階段則集中在流域梯級(jí)水庫(kù)群的聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度上，并分步驟進(jìn)行單目標(biāo)優(yōu)化和多目標(biāo)優(yōu)化;第三階段重點(diǎn)針對(duì)跨流域水電站水庫(kù)群補(bǔ)償優(yōu)化調(diào)度，研究流域梯級(jí)間的補(bǔ)償優(yōu)化策略。

在設(shè)計(jì)完成后，由導(dǎo)師和研究生共同確定各組學(xué)生的研究專題，并制定專題研發(fā)、討論交流、以及評(píng)價(jià)考核的詳細(xì)執(zhí)行計(jì)劃。

2.2 專業(yè)理論學(xué)習(xí)

在開展專題研究之前，需要由研究生導(dǎo)師或者所在課題組教師統(tǒng)一進(jìn)行為期8課時(shí)左右的專業(yè)基礎(chǔ)理論教學(xué)，目的是讓學(xué)生掌握水庫(kù)（群）調(diào)度相關(guān)的基本概念、基本原理、常規(guī)計(jì)算方法，了解國(guó)內(nèi)外水庫(kù)（群）調(diào)度的發(fā)展歷程、研究現(xiàn)狀、經(jīng)典問(wèn)題及求解算法、前沿問(wèn)題等。與此同時(shí)，導(dǎo)師可以推薦一些水電調(diào)度領(lǐng)域權(quán)威專家和學(xué)者的研究論文和書籍，通過(guò)查閱這些經(jīng)典論著，便于研究生掌握更多的問(wèn)題建模思路和求解方法細(xì)節(jié)，這對(duì)于開展專題研究有非常重要的作用。

2.3 專題研究與開發(fā)

水電調(diào)度專題主要包括三項(xiàng)任務(wù)，一是開展建模及求解算法研究，二是利用計(jì)算機(jī)編制算法程序，三是開發(fā)系統(tǒng)用戶界面展示優(yōu)化計(jì)算結(jié)果。

（1）水電調(diào)度是典型的大規(guī)模高維、離散、非線性復(fù)雜優(yōu)化問(wèn)題，包括大量的電站、機(jī)組時(shí)間耦合型約束，以及系統(tǒng)空間耦合型約束，需要考慮發(fā)電、防洪、航運(yùn)、生態(tài)、灌溉等多目標(biāo)綜合利用要求，所以該問(wèn)題的建模求解是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作。這項(xiàng)任務(wù)可以培養(yǎng)研究生對(duì)實(shí)際工程問(wèn)題的理解，通過(guò)研究大規(guī)模復(fù)雜水電調(diào)度約束和多目標(biāo)處理的簡(jiǎn)化策略，掌握能夠準(zhǔn)確反映實(shí)際工程問(wèn)題的數(shù)學(xué)建模方法，同時(shí)結(jié)合模型特點(diǎn)，可以進(jìn)一步研究解決模型的優(yōu)化算法，提升對(duì)實(shí)際問(wèn)題的分析和解決能力。

（2）計(jì)算機(jī)編程是解決水電優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題的必備工具，因本科階段計(jì)算機(jī)課程的差異，學(xué)生可以自由選擇最為熟悉的編程語(yǔ)言如JAVA或者C++等編制算法程序。同時(shí)，為保證算法流程的準(zhǔn)確性以及提高算法編制效率，可以從書籍或網(wǎng)絡(luò)上下載一些經(jīng)典算法的標(biāo)準(zhǔn)程序，參考借鑒其實(shí)現(xiàn)思路，使水電優(yōu)化調(diào)度算法程序盡可能規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。

（3）水電調(diào)度涉及到大量的模型輸入條件和輸出結(jié)果，若直接在程序中寫入或輸出這些數(shù)據(jù)，既不利于修改維護(hù)，也無(wú)法直觀展示調(diào)度過(guò)程，所以利用JAVA等工具包開發(fā)輸入和輸出用戶界面是非常有必要的，通過(guò)這項(xiàng)任務(wù)，可以提高學(xué)生利用計(jì)算機(jī)工具解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，同時(shí)也能改善針對(duì)水電優(yōu)化算法的調(diào)試效率和查錯(cuò)水平。

2.4 關(guān)鍵問(wèn)題討論

受專業(yè)知識(shí)和計(jì)算機(jī)水平的限制，學(xué)生在專題研究與開發(fā)過(guò)程中不可避免地會(huì)遇到優(yōu)化調(diào)度算法和計(jì)算機(jī)編程等方面的技術(shù)難題和問(wèn)題，對(duì)于這種情況，導(dǎo)師需要定期組織各專題小組進(jìn)行成果匯報(bào)和問(wèn)題集中討論，了解學(xué)生的專題實(shí)施進(jìn)度，以及對(duì)問(wèn)題的理解水平，并針對(duì)一些共性的重點(diǎn)難點(diǎn)問(wèn)題，進(jìn)行詳細(xì)的剖析和講解，發(fā)散性地給出這些問(wèn)題在實(shí)際工程中的產(chǎn)生原因和常用的解決手段，拓寬學(xué)生的專業(yè)知識(shí)面，加深其對(duì)問(wèn)題的理解。

2.5 專題成果評(píng)價(jià)

從三個(gè)方面對(duì)專題成果進(jìn)行評(píng)價(jià)：一是在定期的專題匯報(bào)中，由導(dǎo)師和課題組其他教師組成評(píng)委會(huì)，針對(duì)學(xué)生的匯報(bào)成果和對(duì)問(wèn)題的回復(fù)情況給出總體評(píng)分;二是根據(jù)最終專題研究報(bào)告的完成情況和完成水平確定報(bào)告成績(jī);三是考察各專題小組成果的創(chuàng)新性，是否已經(jīng)或者可以提煉出可發(fā)表的創(chuàng)新成果，目的是鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立完成學(xué)術(shù)論文，這對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和文筆功底是非常重要的。

3 結(jié)語(yǔ)

作為世界上水電裝機(jī)規(guī)模最大、調(diào)度問(wèn)題最為復(fù)雜的國(guó)家，中國(guó)對(duì)于水電調(diào)度和管理人才的專業(yè)水平和實(shí)踐能力要求極高，人才需求非常強(qiáng)烈，迫切需要從高等教育階段著手全面提升碩士和博士研究生的整體專業(yè)素養(yǎng)，以及解決水電工程實(shí)際問(wèn)題的實(shí)踐能力。本文提出的基于專題任務(wù)的水電調(diào)度專業(yè)研究生培養(yǎng)模式，可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，激發(fā)對(duì)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣，提高研究生的科研創(chuàng)新水平和計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平。多次實(shí)踐結(jié)果表明，一個(gè)學(xué)期左右的專題培養(yǎng)可以使學(xué)生基本掌握水電調(diào)度的基礎(chǔ)理論知識(shí)和計(jì)算機(jī)編程技術(shù)，具備參與實(shí)際工程項(xiàng)目和獨(dú)立科研的能力，可以為類似專業(yè)的研究生培養(yǎng)提供借鑒。

基金資助：教育部中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)基金（DUT14RC（3）089）

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